Hidrolik

Dalgakıranların Boyutlandırma Esasları

Mühendisler, taş bloklarla ve şevli olarak inşa ettikleri taş dolgu dalgakıranları yüzyıllardır kullanıyor. Bu yapılar, deniz yapıları içinde en eski ve yaygın çözümler arasında yer alıyor. Ancak, her duruma uygun, kesin boyutlandırma kriterlerini hâlâ tanımlayabilmiş değiliz. Çünkü dalga karakteristiklerini tam anlamıyla ortaya koymak mümkün olmuyor. Buna rağmen, bugüne kadar yapılan uygulamalar ve araştırmalar genel boyutlandırma esaslarını ortaya koydu.

Boyutlandırmadaki Ana Elemanlar

En basit taş dolgu dalgakıranlar, yalnızca gevşek taş bloklardan oluşur ve üst yapı içermez. Bu tür yapılarda boyutlandırma sürecinde aşağıdaki ana elemanları belirleriz:

• Kret kotu

• Şev eğimi

• Yapının iç şevi ile kretin tabaka kalınlığı

• Koruyucu tabakanın üst ve alt seviyesi ile taş boyutları

• Koruyucu tabaka tipi

• Filtre tabakasının seviyesi ve taş boyutları

• Çekirdek malzemesi ihtiyacı

Bu parametreleri değerlendirirken aşağıdaki kriterleri dikkate alırız:

• Fonksiyonel ihtiyaçlar

• Hidrolik ve geoteknik stabilite

• Malzeme temini

• Yapım kolaylığı

Bu kriterlere göre farklı tasarım alternatifleri geliştirebiliriz.

Kret Kotu ve Genişliği

Kret kotu, arka yüzeyin stabilitesini ve taş blokların davranışını doğrudan etkiler. Özellikle düşük kret kotu kullandığımızda, arka şevdeki taşlar daha kritik hale gelir. Bu tür yapılarda, iç şevi de ön yüzeydeki taşlarla aynı boyutlarda taşlarla korumak gerekir.

Bazı durumlarda, kret kotunu dalga asmasına izin vermeyecek şekilde yüksek seçeriz. Böyle durumlarda daha hafif bloklar yeterli olabilir. Genellikle, kret kotunu sakin su seviyesinin 1–1.5 Hₛ üzerine yerleştirerek dalga asmasını önleriz.

Kret genişliğini de dalga asması riskine göre belirleriz. Eğer dalga asması beklemiyorsak, minimum genişliği sadece inşaat makinelerinin geçişine göre hesaplarız. Ancak asma riski varsa, en az 3–4 blok genişliğinde bir kret kullanmak daha güvenli olur.

Resim 1- Düşük Kret Kotu

Kronman Betonu veya Dalga Perdesi

Kret kotunu düşürmek veya kret üzerinde yol geçirmek gerektiğinde, mühendisler üst kısma beton bir yapı ekler (Resim 2). Bu yapıya etkiyen kuvvetler; dalganın tırmanma miktarına, su seviyesine, şev eğimine, yüzey pürüzlülüğüne ve yapının geçirimliliğine bağlıdır. Her ne kadar bu sistemler için özel bir hesap yöntemi bulunmasa da, mühendisler düşey duvarlardaki dalga kuvveti hesaplarına benzer yöntemleri burada da uygular.

Resim 2 Kronman Betonlu Dalgakıran En kesiti

Koruyucu Tabaka

Koruyucu tabaka, dalga kuvvetiyle ilk temas eden kısımdır ve yapının en pahalı bölümünü oluşturur. Bu nedenle, gereğinden fazla derin tasarlamak ekonomik değildir. Ön şevde bu tabakayı genellikle sakin su seviyesinden 1.5 H derinliğe kadar uzatmak gerekir. Yüksekliğini en az kret seviyesine kadar çıkarmak da önemlidir. Dalga asması oluşmuyorsa, iç şevde korumaya ihtiyaç duyulmaz. Ancak, asma meydana geliyorsa, iç şevi de taban seviyesine kadar korumak gerekir.

Filtre Tabakası

Filtre tabakası, koruyucu tabaka ile çekirdek arasına yerleşir. Bu tabaka, ince malzemenin dışa taşınmasını engellerken dalga enerjisinin bir kısmını da emer. Bu işlevi yerine getirebilmesi için, filtreyi koruyucu tabakanın taş aralıklarından geçemeyecek boyutta seçmek gerekir. Ayrıca, koruyucu tabakayı yerleştirene kadar filtre açıkta kalacağı için kısa periyotlu dalgalara dayanacak şekilde boyutlandırmak gerekir. Genelde, filtre tabakası, koruyucu tabakanın %10 ağırlığına sahip taş bloklardan oluşur.

Çekirdek Tabakası

Kesitin merkezinde yer alan çekirdek, ince malzeme (0–400 kg) kullanılarak dalga sızıntısını azaltmayı hedefler. Ancak, çok ince malzeme kullandığınızda, bu malzeme dalga etkisiyle hareket edebilir. Bu durumu tasarım sürecinde dikkate almak gerekir.

Dalgakıran Tipinin Seçimi

Tip seçiminde şu faktörleri göz önünde bulundurmak gerekir: taş blok temin durumu, deniz derinliği ve dalga yüksekliği (Hₛ). Örnek olarak:

• Hₛ < 3 m → üst yapısız tip tercih edilir

• 3 m < Hₛ < 6 m ve su derinliği > 20 m → üst yapılı tip kullanılır

Dalgakıran Yerinin Seçimi

Planlama aşamasında farklı konum seçeneklerini değerlendirmek gerekir. Ancak, maliyeti düşürmek ve yapımı kolaylaştırmak için aşağıdaki hususlara dikkat etmek önemlidir:

• Dalgakıran boyunu kısa tutmak

• Su derinliği boyunca büyük değişimlerden kaçınmak

• Taş naklini mümkün olduğunca kısa mesafeden yapmak

• Yakındaki taş ocağından yeterli blok temin etmek

• Zayıf taban zeminlerinden kaçınmak

Hasar Nedenleri

Taş dolgu dalgakıranlar dalga enerjisini yansıtmadan sönümler. Dalga yapıya tırmanır ve enerjisini taşların arasında kaybeder. Ancak bu süreçte, koruyucu tabaka farklı su kuvvetlerine maruz kalır. Başlıca hasar nedenleri şunlardır:

• Kırılan dalgaların blokları yerinden oynatması

• Şevin kayması

• Dalga perdesinin altındaki boşluk oluşumu

• Aşırı iri çekirdek malzeme seçimi

• Topuk erozyonu

• Zayıf zemin

• Düşük kaliteli malzeme kullanımı

• Yetersiz işçilik

Hasarı Azaltma Yöntemleri

Koruma tabakası yetersiz kaldığında taşlar yerinden oynar. Bu sorunu çözmek için iri taşlar kullanmak etkili olur. Ancak, iri taşları temin etmek ve sahaya taşımak zorluk yaratır. Bu nedenle, Tetrapod, Tripod gibi birbirine kenetlenen beton elemanlar daha uygun bir çözüm sunar.

Ayrıca, palyeli (bermli) tasarım dalga enerjisini azaltır. Böylece daha küçük taşlarla yeterli stabilite sağlanır.

Stabilite Kriterleri

Stabiliteyi dört başlık altında değerlendirmek gerekir:

1. Genel yapı stabilitesi (özellikle koruyucu tabaka)

2. Bireysel taş blokların stabilitesi (yerleşim düzenine bağlı)

3. Geoteknik stabilite

4. Malzemenin yapısal dayanımı

Bu unsurlar birbirini doğrudan etkiler. Her birini doğru tasarlamak, yapının genel güvenliğini sağlar.

Resim 4- Palyeli bir dalgakıran kesiti

Kaynakça

1. Hudson, R. Y. (1959). “Laboratory Investigation of Rubble-Mound Breakwaters”. U.S. Army Corps of Engineers, Waterways Experiment Station.
2. Van der Meer, J. W. (1988). “Rock Slopes and Gravel Beaches under Wave Attack”. Delft Hydraulics.
3. Burcharth, H. F., & Hughes, S. A. (2002). “Design and Construction of Berm Breakwaters”. Coastal Engineering Manual, U.S. Army Corps of Engineers.
4. Bruun, P. (1985). “Design and Construction of Mounds for Breakwaters and Coastal Protection”. Elsevier.
5. Pilarczyk, K. W. (2003). “Design of Coastal Structures”. CRC Press.
6. Goda, Y. (2000). “Random Seas and Design of Maritime Structures”. World Scientific Publishing.
7. U.S. Army Corps of Engineers. (2006). “Coastal Engineering Manual”. U.S. Army Engineer Research and Development Center.